Ao capturar a assinatura regional da exumação de uma área fonte, a termocronologia de sedimentos detríticos modernos tem se provada bem sucedida para revelar as taxas e estilos da orogênese. Nós aplicamos essa técnica a uma serra pequena de alto relevo na região do Caribe, no norte da Colômbia, denominada Sierra Nevada de Santa Marta, onde os padrões da orogênese no Cenozoico permanecem obscuros. A serra de Santa Marta é a montanha costeira mais alta da Terra, com elevações superiores a 5,8 km, apenas a 40 km do Mar do Caribe. A idade e os fatores controladores da formação dessa topografia abrupta são vagamente compreendidos. Novos dados de TFA e U-Th/He obtidas de areia fluvial de oito bacias hidrográficas que drenam o flanco oriental da serra, juntamente com uma compilação das idades publicadas, nos permitem determinar três pulsos de exumação abrangendo o Cenozoico: um pulso precoce durante o Paleoceno-Eoceno (60-45 Ma), associado ao caimento para leste da Cordilheira Central-Serra de Santa Marta, área antigamente adjacente, e que foi desencadeada por colisão de crosta oceânica ao longo do oeste da Colômbia; um episódio tardio no Oligoceno-Mioceno (25-20 Ma) de exumação tectônica associada à abertura do Vale do Baixo Magdalena, e um pulso tardio no Mioceno médio (16-10 Ma) relacionado à migração para leste da deformação em direção às bacias de Cesar Rancheria e a Serra de Perijá, e possivelmente relacionadas à reativação contracional da falha de Santa Marta-Bucaramanga. Enquanto a assinatura de exumação do Paleoceno-Eoceno é preservada principalmente nas bacias hidrográficas ao nordeste e a assinatura do Mioceno médio no sudoeste, o Oligoceno-Mioceno ocorre de forma generalizada. A modelagem termocinemática tridimensional calibrada com os dados bedrock disponíveis e os detríticos obtidos no presente estudo documentam exumação assimétrica com taxas integradas para o Cenozoico de até 0.26 km/My na margem ocidental e menores de 0.14 km/My para o leste. As taxas de exumação derivadas apenas da modelagem de dados sugerem uma aceleração de exumação após o Mioceno. / By capturing the regional signature of source rock exhumation, detrital thermochronology of modern sediments has proven successful in revealing the rates and styles of orogenesis. We applied this technique to a small, high relief mountain range in the Caribbean realm in northern Colombia, the Sierra Nevada de Santa Marta, where the patterns of Cenozoic mountain building remain unclear. The Santa Marta range is the highest coastal mountain on Earth, with summit elevation in excess of 5.8 km, only 40 km inland to the Caribbean Sea. The age and controlling factors for the formation of such abrupt topography remain loosely understood New AFT and U-Th/He data from river sand samples of eight catchments draining the eastern flank of the range together with a compilation of published ages, allow us to three exhumation pulses spanning the Cenozoic: An early pulse during the Paleocene-Eocene (60-45 Ma) associated to eastward tilting of the formerly continuous Cordillera Central-Santa Marta range triggered by collision of an oceanic crust along western Colombia; a late Oligocene-Miocene (25-20 Ma) episode of tectonic exhumation associated to opening of the Lower Magdalena Valley, and a late pulse at the middle Miocene (16-10Ma) related to eastward migration of the deformation towards the Cesar Rancheria basins and the Perijá Range, and possibly related to contractional reactivation of the Santa Marta-Bucaramanga fault. Whilst the Paleocene-Eocene exhumation signature is mainly preserved in the northeastern catchments and the middle Miocene in the southwestern ones, the Oligocene- Miocene is ubiquitous to all them. Three-dimensional thermokinematic modeling calibrated, with available bedrock and our new detrital thermochronometric data document asymmetric exhumation in the Cenozoic with integrated rates of 0.26 km/my in the western margin and below 0.14 km /my to the east. Exhumation rates derived from modeling suggest a post-Miocene acceleration of exhumation.

La géodynamique du domaine Caraïbe, sa déformation et son évolution sont analysés à partir des données de géologie et de géophysique marine, telles que la bathymétrie, la sismique réflexion et réfraction, la gravimétrie et le magnétisme. Ce travail commence par une étude bibliographique du domaine Caraïbe établissant un état des recherches au début de notre étude. L'instrument géophysique majeur utilisé est la sismique multitrace, et notamment les données de la campagne Casis qui ont été traitées classiquement et plus spécifiquement par migration avant sommation (Leroy et al, 1996). Notre travail s'est divisé en deux parties, la première concerne le domaine Nord Caraïbe et plus particulièrement le fossé Cayman, et la deuxième examine, en détail, la Grande Province Volcanique Caraïbe, sa déformation et sa structure crustale. Dans le fossé Cayman, les deux marges conjuguées sont asymétriques, la marge du Belize est abrupte tandis que la marge Jamaïcaine est large et peu sédimentée. L'ensemble des données a permis de définir les blocs basculés de la croûte continentale, non enfouis sous les sédiments, une transition Continent-Océan constituée par un mont arrondi et par une importante dépression syn-rift, et le domaine océanique où les blocs océaniques sont basculés vers la dorsale. Des failles de détachements et les réflexions du Moho sont imagées grâce à la sismique de haute qualité. Les bordures Nord et Sud du fossé sont formées par des fosses profondes qui constituent des marges transformantes entre les croûtes Jamaïcaine et Cubaine épaisses et la croûte continentale amincie ou océanique. Dans le domaine océanique, une discontinuité majeure a été identifiée à l'axe d'expansion. L'identification des anomalies magnétiques sur l'ensemble du fossé conduit à la datation de la Transition Continent Océan (Lutétien inférieur; 49 Ma), à refermer le bassin et à proposer un modèle d'évolution de la zone Nord Caraïbe par le fonctionnement successif (du Nord au Sud) de failles transformantes senestres qui accommodent le mouvement de la plaque vers l'Est. La dorsale océanique s'est propagée vers le Sud entre les anomalies 6 et 8. A la même époque, au Néogène, la trace fossile de la faille transformante Swan a été réactivée entraînant la formation de structures compressives jusqu'à Hispaniola à l'Est. Une déformation Miocène compressive est observée sur la plaque Caraïbe, formée en majeure partie par un plateau volcanique d'âge Crétacé, et divisée en deux bassins (Colombien à l'Ouest, et Vénézuélien à l'Est). La compression augmente du Sud vers le Nord et les structures compressives sont décalées de manière dextre par des accidents orientés NE-SW. La partie centrale et occidentale de la ride de Beata est formée par des hauts topographiques orientés NS décalés de façon dextre. Le point culminant est situé au Nord, se reliant au massif montagneux de Hispaniola (Bahoruco). La tectonique compressive s'effectue sous une contrainte orientée E-W à NE-SW. Son maximum est situé dans la presqu'île Sud d'Haïti et se traduit par une collision avec le bâti Nord d'Hispaniola. On peut évaluer le raccourcissement à 170 km. Le bassin Caraïbe apparaît formé de deux microplaques et la microplaque Colombienne se déplace plus rapidement vers l'Est que la microplaque Vénézuélienne. Ce mouvement différentiel peut être la conséquence d'un mouvement de convergence plus important à l'Ouest qu'à l'Est des plaques Amériques et d'une influence de la rapide convergence de la plaque Cocos. La Grande Province Magmatique Caraïbe atteint 800 000 km2, dont une partie est accrétée sur le continent par obduction et/ou collision. La taille de la province magmatique est de 2500 km de diamètre. On distingue des petits plateaux séparés par des bassins. L'âge des formations volcaniques s'échelonne depuis l'Albien (110 Ma) jusqu'au Campanien (80 Ma), avec un épisode important à 88 Ma (Coniacien) qui affecte l'ensemble de la province magmatique et nous concluons que le volcanisme n'est pas instantané. Nous avons compilé les données de sismique réfraction et différencié une couche 2 (4.6 et 6 km/s) et une couche 3 (plus de 6 km/s). L'épaississement de la croûte s'effectue au niveau de la couche 3, comme sur le plateau des Kerguelen, par sous-placage. En effet, la couche 2 reste mince aussi bien sur les plateaux (4 km) que dans les bassins (2 km); cette disposition explique les affleurements de gabbros (couche 3) le long de l'escarpement Ouest de la ride de Beata. Nous optons pour une origine Pacifique de la plaque Caraïbe et on note de nombreuses analogies avec les Grandes Provinces Magmatiques du Pacifique Ouest (bassin de Nauru, Ontong Java et bassin de Pigafetta), mais nous rejetons l'hypothèse du panache géant situé dans le Pacifique, et nous rattachons la Grande Province Caraïbe au point chaud des Galápagos.

L'isthme de Panama se situe en bordure SW de la plaque Caraïbe, à la jonction de trois plaques lithosphériques: les plaques Amérique du Sud, Nazca et Cocos. Cet isthme est constitué de deux arcs volcaniques formant l'Amérique Centrale. Leurs présences reflètent une histoire complexe de convergence, en subduction. L'événement majeur de cette région correspond à la collision de l'Amérique Centrale contre l'Amérique du Sud entre 12-25 Ma. L'objectif de cette thèse est de documenter les déformations avant, pendant et après le processus d'accrétion continentale. Le but est de mieux comprendre comment un arc volcanique s'accrète sur une marge continentale pour reconstruire l'histoire géodynamique de cette région de 70 Ma jusqu'à nos jours. Cette thèse combine: - une étude sédimentologique et paléontologique, - une étude structurale à partir de données spatiales, géophysiques, et de terrain, - une étude thermochronologique (AFT), - et une étude interprétative sismique. Je propose ainsi une accrétion progressive et oblique de l'Amérique Centrale sur l'Amérique du Sud, s'initiant au sud de la région d'Istmina à partir de 40-37 Ma. La plaque Caraïbe, piégée entre l'arc volcanique et la marge continentale sud-américaine, disparaît progressivement sous l'Amérique du Sud. Vers 15 Ma, l'accrétion de l'arc dans la partie colombienne se termine. Au Panama, la convergence continentale se poursuit, mais le système s'inverse. Une nouvelle subduction s'initie : la plaque Caraïbe subducte sous l'isthme. Les déformations compressives engendrées par l'accrétion contrôlent la migration des masses sédimentaires et permettent la surrection progressive de l'isthme créant le pont inter-Amériques. / The Panama Isthmus is located on the SW boundary of the Caribbean plate, at the junction of the South American, Nazca and Cocos plates. The isthmus is composed of two island arcs forming Central America. It formed by a complex history of plate subductions. The major tectonic event in this region is attributed to the accretion of Central America with South America between 12 and 25 Ma. The aim of this thesis is to document the deformation before, during and after the accretionary continental process. The main purpose is to better understand how a volcanic arc collides against a continental margin in order to reconstruct the tectonic history of this region since 70 Ma until today. This thesis combines: - a sedimentological and paleontological studies, - a structural study from spatial, geophysical and field work data, - a thermochronological study (AFT), - and an interpretative seismic study. I propose the initiation of progressive and oblique arc-continent collision during 40-37 Ma. The Caribbean plate, trapped between the arc and the continent, progressively disappeared beneath the South American continent. Around 15 Ma, the Colombian part of Central America was accreted and the convergence of Panama toward the continent progressed and produced a new subduction zone whereby the Caribbean plate subducted beneath the Panama Isthmus. Compressive deformations, caused by the collision, still actively control the migration of sedimentary masses, allowing the progressive emergence of the isthmus and forming the inter-American land bridge.